KR20240081115A - 가상 소방훈련을 위한 vr 관창 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위치 추적 장비의 액티브 마커와 관창 컨트롤러를 융합하여 가상현실에서 실물기반의 컨트롤러를 통해 가상 소방훈련을 수행할 수 있는 VR 관창 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 VR 관창 시스템은 몸체(11)의 일측에 형성되는 손잡이(12)와, 상기 몸체(11)에 회전 가능하게 힌지 결합되어 전후로 회전 가능한 관창 핸들(19)과, 상기 몸체(11)의 전면에 형성되어 회전시 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 관창 노즐(13)이 포함된 소방 관창(10)을 이용하여 가상 소방훈련을 수행할 수 있도록 하는 VR 관창 시스템으로, 상기 소방 관창(10)에는 상기 관창 핸들(19)에 설치되어, 관창 핸들(19)의 전후 회전 변화를 감지하여 감지된 회전 변화에 따라 VR 소방 관창의 노즐을 통해 분사되는 주수량을 조절할 수 있도록 해주는 핸들 변화 감지부(130)와, 상기 관창 노즐(13)에 설치되어, 관창 노즐(13)의 회전에 따른 직선 길이 변화를 감지하여 길이 변화에 따라 VR 소방 관창의 노즐을 통한 물의 분사 모드를 조절할 수 있도록 해주는 노즐 변화 감지부(120)와, 상기 소방 관창(10)의 일측에 설치되어, 광학식 위치 추적을 통해 소방 관창(10)의 위치를 추적할 수 있게 해주는 액티브 마커(140)와, 상기 핸들 변화 감지부(130)와 노즐 변화 감지부(120)를 통하여 감지되는 신호를 무선 통신부(350)를 통해 원격의 소방훈련 서버(300)에 전송하는 데이터 처리보드(110)가 포함된 관창 컨트롤러(100)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 VR 관창 시스템은 몸체(11)의 일측에 형성되는 손잡이(12)와, 상기 몸체(11)에 회전 가능하게 힌지 결합되어 전후로 회전 가능한 관창 핸들(19)과, 상기 몸체(11)의 전면에 형성되어 회전시 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 관창 노즐(13)이 포함된 소방 관창(10)을 이용하여 가상 소방훈련을 수행할 수 있도록 하는 VR 관창 시스템으로, 상기 소방 관창(10)에는 상기 관창 핸들(19)에 설치되어, 관창 핸들(19)의 전후 회전 변화를 감지하여 감지된 회전 변화에 따라 VR 소방 관창의 노즐을 통해 분사되는 주수량을 조절할 수 있도록 해주는 핸들 변화 감지부(130)와, 상기 관창 노즐(13)에 설치되어, 관창 노즐(13)의 회전에 따른 직선 길이 변화를 감지하여 길이 변화에 따라 VR 소방 관창의 노즐을 통한 물의 분사 모드를 조절할 수 있도록 해주는 노즐 변화 감지부(120)와, 상기 소방 관창(10)의 일측에 설치되어, 광학식 위치 추적을 통해 소방 관창(10)의 위치를 추적할 수 있게 해주는 액티브 마커(140)와, 상기 핸들 변화 감지부(130)와 노즐 변화 감지부(120)를 통하여 감지되는 신호를 무선 통신부(350)를 통해 원격의 소방훈련 서버(300)에 전송하는 데이터 처리보드(110)가 포함된 관창 컨트롤러(100)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 가상 소방훈련을 위한 VR 관창 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 위치 추적 장비의 액티브 마커와 관창 컨트롤러를 융합하여 가상현실에서 실물기반의 컨트롤러를 통해 가상 소방훈련을 수행할 수 있는 VR 관창 시스템에 관한 것이다.
화재발생시 화재를 신속하게 진압할 수 있도록 정기적으로 소방훈련을 실시하게 되는데, 종래의 소방훈련은 화재발생을 가정하여 화재 진압에 사용되는 실제 장비를 사용하여 훈련이 진행되었다. 하지만, 종래 소방훈련은 화재가 발생하지 않는 공간에서 화재발생을 가정하여 소방훈련을 실시하기 때문에 현실감이 떨어져 소방훈련의 효율이 낮아지는 문제점이 있었다.
특히, 화재진압을 위해 사용하는 소방 관창은 소방호스(수관)에 연결하여 물을 분사함으로써 화재를 진압하는데 사용하는 기구로서, 소방관들은 관창의 사용에 숙달되어야 하지만, 일반적인 소방훈련에서는 실제 화재 현장에 물을 분사하는 것이 아니기 때문에 현실감 있는 관창 훈련이 이루어지지 못하였다.
한편, 근래에는 HMD(Head Mounted Display)와 기본 컨트롤러 등의 VR(Virtual Reality, 가상현실) 장비를 이용하여 화재에 대응하는 가상훈련을 수행하고 하는데, 가상훈련은 현실 세계에서 직접 경험하지 못하는 상황을 체험하도록 함으로써 화재 현장대응역량을 향상시킬 수 있도록 하고 있다.
가상 소방훈련을 위한 소방 관창의 경우, 기존의 실물 관창에 VR 트래커를 부착하여 주수 방향을 조작하는 방식으로 가상 훈련을 진행하고 있다. 이러한 가상훈련은 몰입감과 일부 상호작용을 제공할 수는 있지만, 화재 상황과 같은 특수한 재난의 훈련은 그보다 더 높은 실제와 같은 상황이 요구되기 때문에, 효율적인 소방 훈련을 위한 보다 현실감 있는 VR 관창 시스템이 요구되고 있다.
본 발명은 종래 소방 훈련의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 위치 추적 장비의 액티브 마커와 관창 컨트롤러를 융합하여 가상현실에서 실물기반의 컨트롤러를 통해 현실감 있는 가상 소방훈련을 수행할 수 있도록 하는 VR 관창 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 VR 관창 시스템은 몸체의 일측에 형성되는 손잡이와, 상기 몸체에 회전 가능하게 힌지 결합되어 전후로 회전 가능한 관창 핸들과, 상기 몸체의 전면에 형성되어 회전시 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 관창 노즐이 포함된 소방 관창을 이용하여 가상 소방훈련을 수행할 수 있도록 하는 VR 관창 시스템으로, 상기 소방 관창에는 관창 핸들에 설치되어, 관창 핸들의 전후 회전 변화를 감지하여 감지된 회전 변화에 따라 VR 소방 관창의 노즐을 통해 분사되는 주수량을 조절할 수 있도록 해주는 핸들 변화 감지부와, 상기 관창 노즐에 설치되어, 관창 노즐의 회전에 따른 직선 길이 변화를 감지하여 길이 변화에 따라 VR 소방 관창의 노즐을 통한 물의 분사 모드를 조절할 수 있도록 해주는 노즐 변화 감지부와, 상기 소방 관창의 일측에 설치되어, 광학식 위치 추적을 통해 소방 관창의 위치를 추적할 수 있게 해주는 액티브 마커와, 상기 핸들 변화 감지부와 노즐 변화 감지부를 통하여 감지되는 신호를 무선 통신부를 통해 원격의 소방훈련 서버에 전송하는 데이터 처리보드가 포함된 관창 컨트롤러가 구비된다.
상기 관창 노즐은 원통 형상으로 이루어진 제1 노즐과, 상기 제1 노즐을 외측에 고정 결합되어 상기 제1 노즐을 정회전 또는 역회전 시키는 제2 노즐과, 상기 제1 노즐의 내측에 결합되어 상기 제1 노즐의 회전시 회전 운동을 직선 운동으로 변화시켜 변화된 직선 운동 거리를 측정하는 노즐 변화 감지부가 설치되는 제3 노즐을 포함한다.
여기서, 상기 제1 노즐에는 길이 방향으로 내측과 외측이 관통된 나선형 홀이 형성되고, 제3 노즐에는 길이 방향으로 중앙에 관통공이 형성되고, 상기 관통공에 연장되게 길이 방향으로 가이드 홀이 형성되며, 상기 노즐 변화 감지부는 센서보드와 스위치가 연결된 리니어 센서를 포함하되, 상기 제3 노즐의 관통공에 리니어 센서보드가 설치되고, 상기 제3 노즐의 가이드 홀에 리니어 센서 스위치가 돌출되어 제1 노즐의 나선형 홀에 끼움 결합되어, 상기 제1 노즐이 회전하면 리니어 센서 스위치가 가이드 홀을 따라 길이 방향으로 직선 운동을 하고, 리니어 센서보드에서 리니어 센서 스위치의 직선 이동을 감지하여 직선 이동 거리를 측정하게 된다.
또한, 상기 핸들 변화 감지부는 소방 관창의 몸체에 회전 가능하게 힌지 결합되는 관창 핸들의 회전부에 설치되는 회전형 포텐션미터로 이루어지며, 상기 액티브 마커는 관창 노즐의 전면에 결합되는 노즐 커버에 설치되는 3개 이상의 적외선 LED를 포함한다.
한편, 상기 관창 컨트롤러로부터 전송되는 핸들 변환 감지 신호 및 노즐 변화 감지 신호를 수신하는 소방훈련 서버에는, 상기 소방 관창에 설치된 액티브 마커를 촬영하는 광학식 모션캡쳐 카메라를 통하여 촬영되어 전송되는 영상을 분석하여 소방 관창의 위치를 추적하는 광학식 위치 추적부와, 상기 소방 관창을 사용하는 사용자가 착용한 장비에 부착된 모션센서를 통하여 감지되는 모션센서 신호를 분석하여 사용자의 위치 및 모션을 추적하는 센서식 모션 추적부와, 상기 광학식 위치 추적부와 센서식 모션 추적부를 통하여 분석되는 데이터를 통하여 사용자의 모션 및 소방 관창의 위치를 추적하고 융합하여 가상 소방훈련을 수행하는 인체 모션으로 재현하며, 상기 관창 컨트롤러로부터 전송되는 핸들 변화 및 노즐 변화 감지 신호에 따라 가상 소방훈련에서 재현되는 VR 소방 관창의 주수량 및 분사 모드를 결정하여 제어하는 통합 제어부가 구비된다.
여기서, 상기 광학식 위치 추적부는 광학식 모션캡쳐 카메라를 통하여 촬영되는 다각형 형태로 배치되는 3개 이상의 액티브 마커 영상을 분석하여 관창의 위치를 추적하되, 하나의 마커(p1)를 원점으로 다른 마커(p2)를 선택하여 X축 벡터를 구하고, 하나의 마커(p1)를 원점으로 또 다른 마커(p3)를 선택하여 u' 벡터를 구한 후, X축 벡터와 u' 벡터의 크로스 벡터 연산을 통해 Y축 벡터를 구하고, X축 벡터와 Y축 벡터의 크로스 벡터 연산을 통해 Z축 벡터를 구하며, 상기 X, Y, Z축이 구해지면, 4×4 행렬의 3개 열을 대체하여 회전행렬 을 구성하여, 소방 관창이 바라보는 Z축 방향을 향하는 소방 관창의 회전 각도를 추정함으로써 관창의 위치 및 자세를 추적하게 된다.
또한, 상기 소방훈련 서버의 통합 제어부는 가상 소방훈련에서 재현되는 VR 소방 관창의 주수량 및 분사 모드가 결정되면, 결정된 VR 소방 관창의 주수량 및 분사 모드에 따른 소방 관창의 진동량을 산출하여, 산출된 진동 신호를 통신부를 통하여 관창 컨트롤러에 전송하여, 관창 컨트롤러에 구비된 진동부를 통해 소방 관창이 진동되도록 제어하게 된다.
본 발명에 따른 VR 관창 시스템은 실가상 정합과 소방 관창의 조작량을 가상 소방훈련에 전송함으로써 더욱 실감나는 소방 훈련 체험이 가능한 효과가 있다. 또한, 사용자들이 VR 컨트롤러 형태의 소방 관창을 조작하여 가상 소방훈련 환경에서도 물의 분사 모드와 주수량이 변환하도록 하며, 물이 주수되는 양에 따라 진동 피드백을 부여하여 실감 체험이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 소방 관창의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 소방 관창의 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 소방 관창의 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 관창 컨트롤러의 블럭 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 제1 노즐 및 제3 노즐의 결합 구조 일례,
도 6은 본 발명에 따른 소방훈련 서버의 블럭 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 3개의 적외선 LED 위치를 x축 및 y축으로 나타낸 일례,
도 8은 상기 도 7에서 2번 마커를 기준으로 x축 벡터와 y축 벡터 및 z축 벡터를 구하는 방법을 나타낸 일례,
도 9는 본 발명에 따른 VR 관창 시스템을 통하여 가상 소방훈련이 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도,
도 10은 본 발명에 따른 VR 소방 관창과 가상 캐릭터의 연동 일례를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 소방 관창의 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 소방 관창의 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 관창 컨트롤러의 블럭 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 제1 노즐 및 제3 노즐의 결합 구조 일례,
도 6은 본 발명에 따른 소방훈련 서버의 블럭 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 3개의 적외선 LED 위치를 x축 및 y축으로 나타낸 일례,
도 8은 상기 도 7에서 2번 마커를 기준으로 x축 벡터와 y축 벡터 및 z축 벡터를 구하는 방법을 나타낸 일례,
도 9는 본 발명에 따른 VR 관창 시스템을 통하여 가상 소방훈련이 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도,
도 10은 본 발명에 따른 VR 소방 관창과 가상 캐릭터의 연동 일례를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 화재 진압 소방 훈련을 위해 사용되는 소방 관창을 제작하여, 사용자가 이 소방 관창을 통하여 화재를 진압하는 훈련을 가상현실(VR)을 통해 진행할 수 있도록 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 소방 관창의 사시도이고, 도 2는 소방 관창의 측면도이며, 도 3은 소방 관창의 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소방 관창(10)은 몸체(11)와, 몸체(11)의 일측 하부에 형성되는 손잡이(12)와, 몸체(11)의 일측 상부에서 회전 가능하게 힌지 결합되어 전후로 회전 가능한 관창 핸들(19)과, 몸체(11)의 전면에 형성되어 회전시 회전 운동이 직선 운동으로 변환되는 관창 노즐(13 ; 14,15,16)을 포함한다.
상기 관창 핸들(19)은 가상 소방훈련시 소방 관창의 노즐을 통해 분사되는 주수량을 조절하는 역할을 하게 되고, 상기 관창 노즐(19)은 회전에 따라 물의 분사 모드를 분무 또는 직사 모드로 변경하여 물을 분사하는 역할을 하게 된다.
또한, 소방 관창(10)에는 소방 관창(100)의 사용 상태를 감지하여 원격에 위치한 소방훈련 서버(300)에 감지 데이터로 제공하며, 소방훈련 서버(300)의 제어 데이터에 따라 소방 관창(10)의 진동을 제어하는 관창 컨트롤러가 설치된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 관창 컨트롤러의 블럭 구성도를 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 관창 컨트롤러(100)에는 소방 관창(10)에 구비된 노즐(13)의 회전에 따른 길이 변화를 감지하는 노즐 변화 감지부(120)와, 관창 핸들(19)의 회전 위치를 감지하는 핸들 변화 감지부(130)와, 소방 관창(10)의 광학식 위치 추적을 위해 기준 위치를 제공하는 액티브 마커(140)와, 외부 장치와 무선 통신을 수행하는 무선 통신부(350)와, 상기 노즐 변화 감지부(120)와 핸들 변화 감지부(130)를 통하여 감지되는 신호를 수집하여 무선통신부(350)를 통해 외부로 전송하는 데이터 처리보드(110)와, 상기 데이터 처리보드(110)의 제어에 따라 소방 관창(10)을 진동시키는 진동부(160)가 구비된다.
상기 노즐 변화 감지부(120)는 소방 관창(10)의 관창 노즐(13)에 설치되어, 관창 노즐(13)의 회전에 따른 길이 변화를 감지하여 데이터 처리보드(110)로 전송한다. 상기 노즐 변화 감지부(120)에 의해 감지되는 노즐 길이 변화에 따라, 가상 소방훈련에서 관창의 노즐을 통한 물의 분사 모드가 조절되는데, 분사 모드로는 분무 모드, 직사 모드가 포함된다.
본 발명의 실시 예에서 관창 노즐(13)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 원통 형상으로 이루어져 길이 방향으로 나선형 홀(14a)이 형성된 제1 노즐(14)과, 상기 제1 노즐(14)을 외측에서 고정 결합하여 제1 노즐(14)을 정회전 또는 역회전 시키는 제2 노즐(15)과, 상기 제1 노즐(14)의 내측에 결합되어 제1 노즐(14)을 회전 가능하게 지지하는 제3 노즐(16)을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 제2 노즐(14)의 전면에는 3개 이상의 액티브 마커(140)가 부착된 노즐 커버(17)가 결합되고, 제3 노즐(16)의 후단은 결합구(18)를 통해 몸체(11)에 고정 결합된다.
한편, 상기 제3 노즐(16)의 내측에는 제1 노즐(14)의 회전운동을 직선 운동으로 변화시켜 변화된 거리를 측정하는 노즐 변화 감지부(120)가 설치되는데, 본 발명의 실시 예에서 상기 노즐 변화 감지부(120)는 슬라이딩 센서 타입의 리니어 센서로 이루어진다. 제3 노즐(16)은 길이 방향으로 중앙에 길게 관통공(16a)이 형성되고, 이 관통공(16a)에 연장되게 길이 방향으로 가이드 홀(16b)이 형성된다. 상기 제3 노즐(16)의 중앙 관통공(16a)에는 리니어 센서보드가 설치되고 가이드 홀(16b)에는 리니어 센서보드와 연결된 리니어 센서 스위치(SW)가 외측으로 돌출되도록 설치되어, 제3 노즐(16)의 가이드 홀(16b)으로 돌출된 센서 스위치가 제1 노즐(14)의 나선형 홀(14a)에 끼움 결합된다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 노즐 및 제3 노즐의 결합 구조를 나타낸 것으로, 제1 노즐(14)이 회전하게 되면, 제1 노즐(14)의 나선형 홀(14a)에 끼움 결합된 리니어 센서 스위치(SW))가 가이드 홀(16b)을 따라 길이 방향으로 직선 운동을 하게 되고, 리니어 센서 스위치(SW)의 직선 이동을 리니어 센서보드에서 감지하여 데이터 처리보드(110)로 전송하게 된다.
상기 핸들 변화 감지부(130)는 관창 핸들(19)에 설치되는데, 본 발명의 실시 예에서 상기 핸들 변화 감지부(130)는 관창의 몸체(11)에 회전 가능하게 힌지 결합되는 관창 핸들(19)의 회전부(19a)에 설치되는 회전형 포텐션미터로 이루어져, 관창 핸들(19)의 회전 각도 변화를 감지하여 데이터 처리보드(110)로 전송하게 된다.
상기 액티브 마커(140)는 관창 노즐(13)의 전면, 즉 제2 노즐(15)의 전면에 결합되는 노즐 커버(17)에 설치되는데, 본 발명의 실시 예에서 상기 액티브 마커(140)는 노즐 커버(17)의 외측으로 돌출 형성되는 3개 이상의 적외선 LED로 이루어진다. 상기 3개 이상의 적외선 LED는 일자 형태가 아닌 삼각형 등의 다각 형태를 이루도록 배치되는데, 데이터 처리보드(110)에 의해 그 동작이 제어된다.
상기 진동부(160)는 데이터 처리보드(110)의 제어에 따라 소방 관창(10)을 진동시키는 장치로서, 진동부(160)를 통한 진동은 노즐 변화 감지부(120) 및 핸들 변화 감지부(130)를 통하여 감지되는 신호를 통하여 파악되는 관창의 주수량 및 분사 모드에 따라 진동 강도가 결정됨으로써, 사용자에게 가상 소방훈련에 따른 실감을 제공하게 된다.
상기 데이터 처리보드(110)는 핸들 변화 감지부(130)와 노즐 변화 감지부(120)를 통하여 감지되는 신호를 무선 통신부(350)를 통해 원격의 소방훈련 서버(300)에 전송하게 되는데, 무선 통신부(350)를 통하여 전송되는 데이터는 DAQ 스테이션(200)를 경유하여 소방훈련 서버(300)에 전송될 수 있다. 상기 DAQ 스테이션(200)은 데이터 처리보드(110)로부터 수신되는 데이터를 유선 또는 무선 통신을 통하여 소방훈련 서버(300)에 전송하는 중계 장치이다. 또한, 데이터 처리보드(110)는 소방 관창(10)을 통한 가상 소방훈련 시 소방 관창(10)의 위치를 추적할 수 있도록 액티브 마커(140)인 적외선 LED를 점등을 제어하며, 소방훈련 서버(300)로부터 관창 진동 신호가 수신되면 수신된 진동 강도에 따라 진동부(160)를 구동시키게 된다.
소방 관창(10)을 통하여 가상 소방훈련이 이루어지는 공간에는 광학식 모션캡쳐 카메라(210)가 설치되어, 소방 관창(10)에 설치된 액티브 마커(140)를 촬영하여 DAQ 스테이션(200)을 경유하거나 직접 소방훈련 서버(300)에 촬영된 영상 데이터를 전송하게 된다.
한편, 가상 소방훈련을 수행하는 사용자(훈련자)는 모션센서가 부착된 장비(옷이나 신발, 장갑 등)를 착용하게 되는데, 가상 소방훈련이 이루어지는 공간에는 센서식 모션캡쳐 스테이션(220)이 설치되어 사용자가 착용한 모션센서를 무선으로 감지하여 사용자의 위치 및 모션을 추적하고, 추적되는 훈련자 모션 정보를 DAQ 스테이션(200)을 경유하거나 직접 소방훈련 서버(300)에 전송하게 된다.
상기 DAQ 스테이션(200)은 데이터를 수집하여 이더넷 등의 유선통신 또는 무선통신을 통해 소방훈련 서버(300)에 전송하고, 소방훈련 서버(300)의 제어 신호를 관창 컨트롤러(100)에 전송하는 중계 역할을 수행하게 된다. 만약 소방훈련 서버(300)가 가상 소방훈련이 이루어지는 공간에 근접하여 위치하는 경우, 이 DAQ 스테이션(200)은 생략될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 소방훈련 서버의 블럭 구성도를 나타낸 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소방훈련 서버(300)에는 광학식 위치 추적부(310), 센서식 모션 추적부(320), 통합 제어부(330), 소방 훈련 컨텐츠부(340), 통신부(350)가 구비된다.
상기 광학식 위치 추적부(310)는 소방 관창(10)에 설치된 액티브 마커(140)를 촬영하는 광학식 모션캡쳐 카메라(210)로부터 촬영 영상을 전송받아, 이를 분석하여 소방 관창(10)의 위치를 추적하게 된다. 본 발명의 실시 예에서 상기 광학식 위치 추적부(310)는 광학식 위치 추적부(310)를 통하여 촬영된 액티브 마커(적외선 LED)(140) 영상을 분석하여 3차원 좌표로 추정하게 된다. 액티브 마커(140)인 적외선 LED는 3개 이상이 삼각형 형태도 배치되어 있는데, 도 7은 3개의 적외선 LED 위치를 x축 및 y축으로 나타낸 것이다. 본 발명에서는 3개의 적외선 LED 중 하나의 점을 기준으로 x축, y축을 선택하여 소방 관창(10)의 회전량을 계산하게 된다. 도 8은 2번 마커를 기준으로 x축 벡터와 y축 벡터 및 z축 벡터를 구하는 방법을 나타낸 것이다. 먼저, 기준 마커인 p1(2번 마커)을 원점으로 p2(1번 마커)를 선택하여 X축 벡터를 구하고, 다음으로 p1(2번 마커)을 원점으로 p3(3번 마커)를 선택하여 u' 벡터를 구하게 된다. Y축 벡터는 X축 벡터와 u' 벡터의 크로스 벡터 연산을 통해 구하고, Z축 백터는 X축 벡터와 Y축 벡터의 크로스 벡터 연산을 통해 구한다. 이렇게 X축, Y축, Z축 3개의 축이 모두 구해지면, 4x4 행렬의 3개 열을 대체하여 다음 수학식 1과 같이 회전행렬을 구성할 수 있다.
상기 방식을 통하여 소방 관창(10)이 바라보는 전방 Z 축 방향을 향하는 회전 각도를 추정할 수가 있게 되고, p1, p2, p3 마커의 평균 위치를 구함으로써 광학식 위치 추적부(310)에서 절대 위치를 구할 수 있다. 상기 과정을 통하여 구해지는 회전 정보와 위치 정보는 소방 훈련 콘텐츠에서 VR 소방 관창(10)의 위치 및 자세 정보로 활용하게 된다.
상기 센서식 모션 추적부(320)는 소방 관창(10)을 사용하는 사용자가 착용한 장비에 부착된 모션센서 신호를 센서식 모션캡쳐 스테이션(220)으로부터 전송받아 분석하여, 사용자의 위치 및 모션을 추적하게 된다. 본 발명의 실시 예에서 센서식 모션 추적부(320)는 사용자가 착용하는 장갑에 부착된 모션센서 신호를 분석하여 사용자 손의 위치 및 움직임을 파악하게 된다.
상기 통합 제어부(330)는 상기 광학식 위치 추적부(310)와 센서식 모션 추적부(320)를 통하여 분석되는 데이터를 통하여 사용자의 모션 및 소방 관창(10)의 위치를 추적하고 융합하여 가상 소방훈련을 수행하는 인체 모션으로 재현하게 된다. 또한, 통합 제어부(330)는 관창 컨트롤러(100)로부터 전송되는 소방 관창(10)의 핸들 변화 및 노즐 변화 감지 신호에 따라 가상 소방훈련에서 재현되는 VR 소방 관창의 주수량 및 분사 모드를 결정하여 이를 제어하게 된다. 본 발명의 실시 예에서 상기 통합 제어부(330)는 모션센서를 이용한 Full-body 모션 캡쳐, 사용자가 착용하는 장비, 예를 들면 스마트 글러브나 소방 가상현실 컨트롤러, 광학식 위치 트레킹부를 융합함으로써 사용자의 움직임을 감지하여 가상 공간과 1:1 정합한 데이터를 생성하여, 사용자의 소방 관창(10)을 이용한 가상 소방훈련 컨텐츠를 실행하여 제어하게 된다. 이렇게 생성되는 사용자의 위치 및 모션 데이터는 소방 훈련 컨텐츠부(340)에 제공되어, 소방 훈련 컨텐츠 제작 및 운영에 반영된다.
상기 소방 훈련 컨텐츠부(340)는 사용자가 가상 소방훈련을 수행할 수 있도록 가상 소방 훈련 컨텐츠를 제공하게 되는데, 이 소방 훈련 컨텐츠부(340)는 사용자의 소방 관창(10)을 이용한 소방훈련 컨텐츠를 생성하여 통합 제어부(330)에 제공하여, 통합 제어부(330)의 제어에 의해 사용자의 소방 관창(10)을 이용한 가상 소방훈련이 이루어질 수 있도록 한다.
이하, 상기의 구성으로 이루어진 VR 관창 시스템을 통하여 가상 소방훈련이 이루어지는 과정에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 VR 관창 시스템을 통하여 가상 소방훈련이 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도이다.
단계 S100, S110 : 본 발명에서는 사용자의 전신 모션 캡쳐 장비와 실가상 정합을 통하여 실제 사물(관창)을 잡은 사용자처럼 가상 캐릭터의 손에 소방 관창(10)이 들고 있도록 구현하여 가상 소방훈련을 수행할 수 있도록 하고 있는데, 도 10은 VR 소방 관창과 가상 캐릭터의 연동 일례를 나타낸 것이다.
이를 위해 먼저, 소방훈련 서버(300)는 소방 훈련 컨텐츠부(340)를 통하여 가상 소방훈련을 진행하는 사용자(훈련자)의 가상 캐릭터와 VR 소방 관창 그리고 화재 환경 등의 가상 소방훈련 영상을 생성(인출)한다. 그리고 센서식 모션 추적부(320)를 통하여 추적되는 사용자와 가상 캐릭터를 연동시켜 가상 캐릭터의 위치(왼손 포함)를 검출하고(S100), 광학식 위치 추적부(310)를 통하여 추적되는 VR 소방 관창의 위치를 검출한다(S110).
단계 S120, S121 : 검출된 가상 캐릭터의 왼손 위치와 VR 소방 관창의 위치를 비교하여(S120), 위치가 기준 범위 밖으로 떨어져 있으면 VR 소방 관창이 가상 캐릭터의 왼손으로부터 기준 범위 이하로 근접할 수 있도록 VR 소방 관창의 위치를 이동시키게 된다(S121).
단계 S130 : VR 소방 관창이 가상 캐릭터의 왼손에 근접하여 위치하게 되면, 사용자가 착용한 장갑(스마트 글러브)에 부착된 모션센서를 통하여 사용자의 손가락 죔을 체크하여, 기준 범위 내에서 손가락 쥠까지 체크가 되면 가상 캐릭터의 왼손에 VR 소방 관창을 부착한다. 즉, VR 소방 관창이 가상 캐릭터의 왼손에 부착되어 있을 때, 실제 사용자도 역시 관창을 들고 있게 된다.
단계 S140, S141 : 사용자가 소방 관창(10)을 사용하면서 관창 핸들(19)을 당기게 되면, 관창 컨트롤러(100)는 핸들 변화 감지부(130)를 통해 관창 핸들(19)의 변화를 감지하여 소방훈련 서버(300)에 전송하게 되고(S140), 소방훈련 서버(300)는 관창 컨트롤러(100)로부터 전송되는 핸들 변화 감지 데이터에 따라 가상 소방훈련에서 물의 주사량이 변경되도록 VR 소방 관창의 동작을 제어한다(S141). 그리고 소방훈련 서버(300)는 VR 소방 관창의 주사량 변화에 따른 VR 소방 관창의 진동을 계산하여 관창 컨트롤러(100)에 전송하게 되고, 관창 컨트롤러(100)는 수신되는 진동 데이터에 따라 진동부(160)를 통해 실제 소방 관창(10)을 진동시켜 실감을 제공하게 된다.
단계 S150, S151 : 사용자가 소방 관창(10)을 사용하면서 관창 노즐(13)을 회전시키게 되면, 관창 컨트롤러(100)는 노즐 변화 감지부(120)를 통해 노즐의 회전에 따른 길이 변화를 감지하여 소방훈련 서버(300)에 전송하게 되고(S150), 소방훈련 서버(300)는 관창 컨트롤러(100)로부터 전송되는 노즐 변화 감지 데이터에 따라 가상 소방훈련에서 물을 직사 모드로 분사할 것인지 분모 모드로 분사할 것인지를 결정하는 분사 모드를 변경하여 VR 소방 관창을 제어하게 된다(S151). 그리고 소방훈련 서버(300)는 VR 소방 관창의 분사 모드 변화에 VR 소방 관창의 진동을 계산하여 관창 컨트롤러(100)에 전송하게 되고, 관창 컨트롤러(100)는 수신되는 진동 데이터에 따라 진동부(160)를 통해 실제 소방 관창(10)을 진동시켜 실감을 제공하게 된다.
단계 S160 : 상기 과정을 통하여 이루어지는 가사 소방훈련은 훈련이 종료될 때까지 반복하여 수행된다.
이와 같이, 본 발명에서는 사용자가 소방 관창(10)의 관창 핸들(19)을 조작하거나 관창 노즐(13)을 회전시키는 동작을 통해 가상 소방훈련에서 이루어지는 VR 소방 관창의 주사량 및 분사 모드를 조절하고, VR 소방 관창의 주사량 및 분사 모드 변경에 따라 사용자가 사용하는 소방 관창(10)을 진동시켜 실감있는 가상 소방훈련이 이루어질 수 있도록 제공한다.
이러한 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
10 : 소방 관창 11 : 몸체
11a : 몸체 커버 12 : 손잡이
13 : 관창 노즐 14 : 제1 노즐
14a : 나선형 홀 15 : 제2 노즐
16 : 제3 노즐 16a : 관통공
16b : 가이드 홀 17 : 노즐 커버
18 : 결합구 19 : 관창 핸들
19a : 회전부
100 : 관창 컨트롤러 110 : 데이터 처리보드
120 : 노즐 변화 감지부 130 : 핸들 변화 감지부
140 : 액티브 마커 150 : 무선통신부
160 : 진동부
200 : DAQ 스테이션 210 : 광학식 모션캡쳐 카메라
220 : 센서식 모션캡쳐 스테이션
300 : 소방훈련 서버 310 : 광학식 위치 추적부
320 : 센서식 모션 추적부 330 : 통합 제어부
340 : 소방 훈련 컨텐츠부 350 : 통신부
11a : 몸체 커버 12 : 손잡이
13 : 관창 노즐 14 : 제1 노즐
14a : 나선형 홀 15 : 제2 노즐
16 : 제3 노즐 16a : 관통공
16b : 가이드 홀 17 : 노즐 커버
18 : 결합구 19 : 관창 핸들
19a : 회전부
100 : 관창 컨트롤러 110 : 데이터 처리보드
120 : 노즐 변화 감지부 130 : 핸들 변화 감지부
140 : 액티브 마커 150 : 무선통신부
160 : 진동부
200 : DAQ 스테이션 210 : 광학식 모션캡쳐 카메라
220 : 센서식 모션캡쳐 스테이션
300 : 소방훈련 서버 310 : 광학식 위치 추적부
320 : 센서식 모션 추적부 330 : 통합 제어부
340 : 소방 훈련 컨텐츠부 350 : 통신부
Claims (8)
- 몸체(11)의 일측에 형성되는 손잡이(12)와, 상기 몸체(11)에 회전 가능하게 힌지 결합되어 전후로 회전 가능한 관창 핸들(19)과, 상기 몸체(11)의 전면에 형성되어 회전시 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 관창 노즐(13)이 포함된 소방 관창(10)을 이용하여 가상 소방훈련을 수행할 수 있도록 하는 VR 관창 시스템으로,
상기 소방 관창(10)에는
상기 관창 핸들(19)에 설치되어, 관창 핸들(19)의 전후 회전 변화를 감지하여 감지된 회전 변화에 따라 VR 소방 관창의 노즐을 통해 분사되는 주수량을 조절할 수 있도록 해주는 핸들 변화 감지부(130)와,
상기 관창 노즐(13)에 설치되어, 관창 노즐(13)의 회전에 따른 직선 길이 변화를 감지하여 길이 변화에 따라 VR 소방 관창의 노즐을 통한 물의 분사 모드를 조절할 수 있도록 해주는 노즐 변화 감지부(120)와,
상기 소방 관창(10)의 일측에 설치되어, 광학식 위치 추적을 통해 소방 관창(10)의 위치를 추적할 수 있게 해주는 액티브 마커(140)와,
상기 핸들 변화 감지부(130)와 노즐 변화 감지부(120)를 통하여 감지되는 신호를 무선 통신부(350)를 통해 원격의 소방훈련 서버(300)에 전송하는 데이터 처리보드(110)가 포함된 관창 컨트롤러(100)가 구비되는 것을 특징으로 하는 VR 관창 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 관창 노즐(13)은
원통 형상으로 이루어진 제1 노즐(14)과,
상기 제1 노즐(14)을 외측에 고정 결합되어 상기 제1 노즐(14)을 정회전 또는 역회전 시키는 제2 노즐(15)과,
상기 제1 노즐(14)의 내측에 결합되어 상기 제1 노즐(14)의 회전시 회전 운동을 직선 운동으로 변화시켜 변화된 직선 운동 거리를 측정하는 노즐 변화 감지부(120)가 설치되는 제3 노즐(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 VR 관창 시스템.
- 제 2항에 있어서,
제1 노즐(14)에는 길이 방향으로 내측과 외측이 관통된 나선형 홀(14a)이 형성되고,
제3 노즐(16)에는 길이 방향으로 중앙에 관통공(16a)이 형성되고, 상기 관통공(16a)에 연장되게 길이 방향으로 가이드 홀(16b)이 형성되며,
상기 노즐 변화 감지부(120)는 센서보드와 스위치(SW)가 연결된 리니어 센서를 포함하되,
상기 제3 노즐(16)의 관통공(16a)에 리니어 센서보드가 설치되고, 상기 제3 노즐(16)의 가이드 홀(16b)에 리니어 센서 스위치(SW)가 돌출되어 제1 노즐(14)의 나선형 홀(14a)에 끼움 결합되어, 상기 제1 노즐(14)이 회전하면 리니어 센서 스위치(SW)가 가이드 홀(16b)을 따라 길이 방향으로 직선 운동을 하고, 리니어 센서보드에서 리니어 센서 스위치(SW)의 직선 이동을 감지하여 직선 이동 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 VR 관창 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 핸들 변화 감지부(130)는
상기 소방 관창(10)의 몸체(11)에 회전 가능하게 힌지 결합되는 관창 핸들(19)의 회전부(19a)에 설치되는 회전형 포텐션미터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 VR 관창 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 액티브 마커(140)는
상기 관창 노즐(13)의 전면에 결합되는 노즐 커버(17)에 설치되는 3개 이상의 적외선 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 VR 관창 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 관창 컨트롤러(100)로부터 전송되는 핸들 변환 감지 신호 및 노즐 변화 감지 신호를 수신하는 소방훈련 서버(300)에는,
상기 소방 관창(10)에 설치된 액티브 마커(140)를 촬영하는 광학식 모션캡쳐 카메라(210)를 통하여 촬영되어 전송되는 영상을 분석하여 소방 관창(10)의 위치를 추적하는 광학식 위치 추적부(310)와,
상기 소방 관창(10)을 사용하는 사용자가 착용한 장비에 부착된 모션센서를 통하여 감지되는 모션센서 신호를 분석하여 사용자의 위치 및 모션을 추적하는 센서식 모션 추적부(320)와,
상기 광학식 위치 추적부(310)와 센서식 모션 추적부(320)를 통하여 분석되는 데이터를 통하여 사용자의 모션 및 소방 관창(10)의 위치를 추적하고 융합하여 가상 소방훈련을 수행하는 인체 모션으로 재현하며, 상기 관창 컨트롤러(100)로부터 전송되는 핸들 변화 및 노즐 변화 감지 신호에 따라 가상 소방훈련에서 재현되는 VR 소방 관창의 주수량 및 분사 모드를 결정하여 제어하는 통합 제어부(330)가 구비된 것을 특징으로 하는 VR 관창 시스템.
- 제 6항에 있어서,
상기 광학식 위치 추적부(310)는
상기 광학식 모션캡쳐 카메라(210)를 통하여 촬영되는 다각형 형태로 배치되는 3개 이상의 액티브 마커(140) 영상을 분석하여 관창의 위치를 추적하되,
하나의 마커(p1)를 원점으로 다른 마커(p2)를 선택하여 X축 벡터를 구하고,
하나의 마커(p1)를 원점으로 또 다른 마커(p3)를 선택하여 u' 벡터를 구한 후,
X축 벡터와 u' 벡터의 크로스 벡터 연산을 통해 Y축 벡터를 구하고,
X축 벡터와 Y축 벡터의 크로스 벡터 연산을 통해 Z축 벡터를 구하며,
상기 X, Y, Z축이 구해지면, 4×4 행렬의 3개 열을 대체하여 회전행렬
을 구성하여,
소방 관창(10)이 바라보는 Z축 방향을 향하는 소방 관창(10)의 회전 각도를 추정함으로써 관창의 위치 및 자세를 추적하는 것을 특징으로 하는 VR 관창 시스템.
- 제 6항에 있어서,
상기 소방훈련 서버(300)의 통합 제어부(330)는
가상 소방훈련에서 재현되는 VR 소방 관창의 주수량 및 분사 모드가 결정되면,
결정된 VR 소방 관창의 주수량 및 분사 모드에 따른 소방 관창의 진동량을 산출하여, 산출된 진동 신호를 통신부(350)를 통하여 관창 컨트롤러(100)에 전송하여, 관창 컨트롤러(100)에 구비된 진동부(160)를 통해 소방 관창(10)이 진동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 VR 관창 시스템.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101910529B1 (ko) | 2016-01-28 | 2018-10-22 | 엠더블유엔테크 주식회사 | 가상현실 소방체험 시스템 |
| KR20220009836A (ko) | 2020-07-16 | 2022-01-25 | (주)코어센스 | 가상 소방 훈련을 위한 모션 캡쳐 시스템 및 이를 이용한 모션 캡쳐 방법 |
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| KR20220009836A (ko) | 2020-07-16 | 2022-01-25 | (주)코어센스 | 가상 소방 훈련을 위한 모션 캡쳐 시스템 및 이를 이용한 모션 캡쳐 방법 |
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